基于北斗卫星系统的频率标准源的设计与实现CSCD

在对北斗二代导航定位接收机输出的1PPS信号进行测试、分析、研究的基础上,采用数字滤波器滤波和电压的积分控制相结合的方法,滤除信号传输过程中的干扰,使其输出相对平稳的1PPS信号来驯服铷原子频标。研究北斗接收机驯服铷钟原子频标的模型,采用精密时间间隔测量、高精度数字比相、计算机自动控制等多种先进技术,完成对铷原子频标的跟踪控制,实现与星载铷钟同等精度的时频信号输出。研制了一套北斗接收机驯服铷原子频率标准源,该频率标准携带方便,性价比高,既可以为时统、通讯系统提供现场计量技术保障,又可以实现对原子频率标准的远程校准、核查。     

原子钟频率稳定度测试中的噪声处理

原子钟的测量噪声会被引入到频率稳定度评估过程,尤其是对中短期频率稳定度的影响更大。重叠Allan方差可以克服调频闪变噪声和调频随机游走噪声随时间变化出现的非平稳问题,但由于受到测量噪声的影响,评估结果仍会出现误差。为此,本文通过对原子钟的数学模型和噪声特性进行分析,提出了原子钟频率稳定度评估的加窗平滑噪声处理方法,通过对时差观测序列合理的加窗设计和平滑处理,抑制测量噪声对评估结果的影响。实验结果表明,利用铷钟观测序列的100点平滑可以有效地提高短期频率稳定度结果（100~1 000）s的可信度。     

面向时间应用的可驯服铷钟

研制一种面向时间应用的GPS可驯服铷钟。当铷钟被GPS驯服后,它输出的秒信号实时同步于GPS接收机的秒信号。同时,铷钟和GPS接收机之间的时间差的数据通过一个比例积分控制器去校正铷钟的频率准确度。驯服后,两台GPS驯服铷钟之间的时间差小于20ns、频率差小于1E-12/d。使用一台专用的GPS信号处理板和特定的GPS接收机,时间差可小于5ns。     

频率稳定度测量方法的对比分析

作为衡量频率标准工作性能的重要指标,频率稳定度对评估产品的稳定性和可靠性起到重要作用。利用传统的阿仑方差测量频标的长期稳定度时,通常需要很长的时间,测量周期较长。本文首先研究了阿仑总方差、Thêo1和ThêoH几种相比阿仑方差可缩短测量周期的频率稳定度时域分析方法,然后基于一组实测的铷钟时间偏差数据,对这几种方差进行了对比和分析。     

铷原子钟温度补偿技术研究

利用直接数字频率合成器AD9852设计并制备了一种铷原子钟的温度补偿电路,该电路能够在不降低铷原子钟输出频率短期稳定度的基础上,有效地减小了`铷钟的温度系数。     

铷钟物理部分抗力学性能试验研究

对铷钟物理部分特征频谱试验、破坏性随机振动试验和随机与冲击响应谱分析试验进行了设计,完成了试验验证,给出了试验结果及结论。     

一种自动化高精度相位测量系统

一种采用了多种已有技术、具有多种特点的全自动测量系统已研制成功。这个系统为双混频时差技术的扩展而保持了它的重要特点:间歇时间为零,能进行相位差绝对测量,精度很高,能测量频率相同的振荡器并根据使用人选择的时间进行测量。对某一套设计参数来说,理论分辨度为0。2ps,测量噪声为2ps(有效值)并可在所选时间的0.1s内进行测量。由于增加了定标器以消除过去实验中发生的周期模糊(CyCle ambiguify),双混频时差技术得到了发展。在这方面,系统的功能相当于一个分频器加上钟,对设备中被测的每一个器件的恒定相位延迟进行贮存。自动化是以ANSI/IEEE—583(CAMAC)接口标准为基础的。每个测量通道包括一个混频器,过零检波器、定标器和时间间隔计数器。一个两倍宽度的标准卡马克(CAMAC)组件中安装有四个通道。这个组件安装在一个标准的CAMAC箱内,备有控制器以便与多种计算机以及与任何IEEE—488兼容的装置相对接。现有两个系统已工作数月,一个系统每天工作24小时,从NBS时标的15个钟取得数据,另一个系统在实验室的短期实验中使用。     

卫星铷钟自动控温系统仿真平台的设计与实现

卫星上的铷钟对环境温度要求非常苛刻,需要采用自动控温系统严格控制工作环境的温度,该系统上星前必须经过大量的试验和仿真,验证卫星上铷钟热控系统的软硬件功能和性能是否达到设计要求。基于CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)计算机的卫星铷钟自动控温系统仿真平台,是在不具备铷钟热控试验需要的真空、绝热条件下,模拟铷钟在卫星上工作时温度变化引起的参数变化,并检测卫星铷钟自动控温系统由于参数变化所引起的相应的控制量变化,从而验证系统的性能。     

基于Hadamard方差的导航星座自主时间同步算法研究

文章在总结国内外研究成果基础上,针对GPS铷钟虽然短期稳定性较好,但采用Allan方差描述铷钟频率稳定性时,其钟差状态方程仅为两参数,在较长平滑时间里存在时钟漂移和甚低频噪声的影响,使噪声特性淹没或估值不收敛的缺陷,引入Hadamard方差建立了三参数系统状态误差模型,通过三次采样方差从模型上解决了线形漂移和甚低频噪声的影响问题。在时钟系统状态模型和星间双向测量方程建模基础上,给出了工程实用的标准Kalman基本滤波方程。数值分析仿真表明,采用Hadamard方差描述时钟频率稳定性显著提高星载时钟自主同步精度,从而克服了Allan方差描述产生的频率漂移影响较大和甚低频噪声不收敛的问题。     

导航铯原子钟的发展现状及趋势

1 引言 目前,国际上导航原子钟的类型主要是传统的原子钟,包括铷钟、氢钟和铯钟.在这三者中,铷原子钟在质量、体积、功耗等方面占有优势,氢钟在短期和中期稳定度指标方面占有优势,铯钟的准确度和漂移率指标在三者中最好.由于铯原子钟的上述优势,美国的"全球定位系统"(GPS)和俄罗斯的"全球导航卫星系统"(GLONASS)都采用了铯原子钟, GPS Block-1、2、2A和2F采用了磁选态铯钟,未来,GPS-3拟采用激光抽运铯钟.俄罗斯GLONASS Block-2A、2B、2C及GLONASS-M、K都搭载了磁选态铯钟.     

用铷原子钟对PC进行时间校准及其误差分析

个人计算机（以下简称PC）的系统时间由其自带的RTC晶振提供,其时间频率准确度并不高。为此,综合考虑各种方案,采用外部校准时间的方法提高PC时间的准确度。通过时间间隔测量的方法获得了作为校准时间结果的钟差值,并对实验结果做了详细分析。测试结果表明,PC与铷钟同步标准偏差小于1ms。经过时间校准后的PC可以作为网络时间服务器。     

铷光谱灯老化自动测试设备研制与应用

介绍了铷光谱灯老化自动测试设备的研制与应用,应用ATE技术实现了铷光谱灯的批量老化及长期自动测量,为筛选评估提供数据,解决了高性能铷原子钟的产品化研制和小型铷原子钟批量生产中的重要问题。系统功能完善、测量准确度高、软件界面清晰、操作简单,有效改进了铷原子钟研制生产的工艺水平,提高了研制生产过程的信息化程度。     

Design and experiment of onboard laser time transfer in Chinese Beidou navigation satellites

High-precision time synchronization between satellites and ground stations plays the vital role in satellite navigation system. Laser time transfer (LTT) technology is widely recognized as the highest accuracy way to achieve time synchronization derived from satellite laser ranging (SLR) technology. Onboard LTT payload has been designed and developed by Shanghai Astronomical Observatory, and successfully applied to Chinese Beidou navigation satellites. By using the SLR system, with strictly controlling laser firing time and developing LTT data processing system on ground, the high precise onboard laser time transfer experiment has been first performed for satellite navigation system in the world. The clock difference and relative frequency difference between the ground hydrogen maser and space rubidium clocks have been obtained, with the precision of approximately 300 ps and relative frequency stability of 10E−14. This article describes the development of onboard LTT payload, introduces the principle, system composition, applications and LTT measuring results for Chinese satellite navigation system.     

铷原子钟物理部分的低剂量率辐射效应研究

铷原子钟物理部分是铷原子钟的原子鉴频器,决定铷原子钟的短期和长期稳定度（1s以上）,其中使用了金属铷、玻璃、镍铁合金等材料和一些双极性晶体管、运算放大器等器件,其核心部件铷泡是一个采用特殊真空工艺制造的器件,这些材料、器件和工艺的低剂量率辐射效应需要实验评价。本文提出并完成了铷原子钟物理部分的低剂量率辐射实验,采用Co60γ源,辐射剂量率0.01rad（Si）/s,总剂量50krad（Si）,对铷原子钟物理部分和铷泡的辐射效应分别进行了实验评估。这项研究更加真实地逼近了空间的电离辐射,实验数据对于星载铷原子钟的在轨运行监测和下一代星载铷原子钟的抗辐射设计具有重要的作用。     

改善铷原子钟物理部分温度系数的研究

铷原子钟的温度系数是决定其长期频率稳定度的关键因素,物理部分的温度系数又是铷原子钟温度系数的重要组成部分.为了改善物理部分的温度系数,在理论分析的基础上开展了试验研究,结果表明:提出的改善物理部分温度系数的措施是有效的.这对于进一步提高星载铷原子钟频率稳定度具有积极作用.     

星载铷原子钟物理部分热设计

星载铷原子钟物理部分作为星载铷原子钟的重要组成部分,其热设计在很大程度上决定了星载铷原子钟的性能与使用寿命。应用Flotherm软件对铷原子钟物理部分进行建模、仿真求解,对热设计进行优化,满足了星载铷原子钟物理部分设计要求。